Verbund

I-See - Verbesserte intra-kortikale visuelle Prothesen durch komplexe Kodierung und Einbindung spontaner Aktivitätszustände

Fast 50 Millionen Menschen weltweit sind blind und dadurch stark in ihrer Lebensqualität beeinträchtigt. Deshalb ist es von hoher gesellschaftlicher Relevanz zu erforschen, wie diese Menschen zumindest einen Teil ihrer visuellen Fähigkeiten wiedererlangen können. Sogenannte Sehprothesen nutzen Kameras und Elektronik zur Verarbeitung von Bildern der Umgebung und aktivieren direkt das Sehsystem im Gehirn. Die meisten Sehprothesen stimulieren dabei die Regionen des Gehirns, die die visuellen Signale als erstes verarbeiten – die Netzhaut und der primäre visuelle Kortex. Deswegen können mit diesen Anwendungen meist nur die Sehbehinderungen, die auf Fehlfunktionen der Netzhaut zurückzuführen sind, verbessert werden.

Im Verbund I-See soll die Stimulation von höheren, an der Verarbeitung von visuellen Signalen beteiligten Hirnregionen erforscht werden. Dadurch soll eine bessere Wiederherstellung der visuellen Wahrnehmungen erzielt werden. Als Voraussetzung dafür muss die Nervenzellaktivität in dieser Hirnregion zuerst genau untersucht und verstanden werden. Dazu sollen Daten in verschiedenen Tiermodellen und im Menschen experimentell erhoben und dann computergestützt modelliert werden.

Der Verbund I-See ist Teil des transnationalen ERA-NET NEURON und umfasst eine Forschungsgruppe aus Kanada und jeweils zwei Gruppen aus der Schweiz und Deutschland. An der Ruhr-Universität Bochum soll die Nervenzellaktivität in den beteiligten Hirnarealen im Mausmodell gemessen und untersucht werden. Die Universität Bremen modelliert und analysiert die experimentell erhobenen Daten des Verbundes, um die Kodierung von visuellen Signalen im Gehirn genauer zu verstehen und so eine passgenaue Stimulation zu entwickeln.

Die Ergebnisse des Projektes können helfen, eine verbesserte Sehprothese zu entwickeln, die weitaus mehr blinden Menschen ein Wiedererlangen der Sehfähigkeit ermöglichen könnte, als herkömmliche Sehprothesen.

Teilprojekte

Teilprojekt Bremen

Förderkennzeichen: 01EW2104A
Gesamte Fördersumme: 145.290 EUR
Förderzeitraum: 2021 - 2024
Projektleitung: Dr. Udo Ernst
Adresse: Universität Bremen, Fachbereich 01 Physik/Elektrotechnik, Institut für Theoretische Physik
Hochschulring 18
28359 Bremen

Teilprojekt Bremen

Mehr als 40 Millionen Menschen weltweit sind als blind oder erblindet registriert. Für viele dieser Patienten wäre es eine erhebliche Erhöhung der Lebensqualität, wenn visuelle Fähigkeiten zumindest teilweise hergestellt oder verbessert werden könnten. Der technologische Fortschritt der letzten Jahre hat gezeigt, dass verlorene Sinnesfunktionen in der Tat durch neuartige Implantationstechniken und den Einsatz moderner Elektronik ("Brain machine interfaces") unterstützt werden können. Für Sehprothesen zur visuellen Informationsverarbeitung werden dabei Kameras zur Aufnahme der Umgebung, Computer zur digitalen Verarbeitung der aufgenommenen Bilder sowie Geräte zur Stimulation genutzt. Sehprothesen greifen an verschiedenen anatomischen Stellen in das menschliche Sehsystem ein, wobei klinische Schwerpunkte bislang an der Netzhaut und dem primären visuellen Kortex (V1), als unmittelbarer Eingang visueller Signale in die Sehrinde, ansetzen. Dieses Projekt zielt auf die Bereitstellung funktioneller Komponenten, die Verluste visueller Verarbeitung im menschlichen Gehirn kompensieren. Langfristig werden damit klinische und therapeutische Ansätze zur Wiederherstellung des Sehvermögens bei erblindeten Patienten unterstützt. Um diese Ziele zu erreichen, werden die experimentellen Daten in computergestützte Modellierung integriert.

Teilprojekt Bochum

Förderkennzeichen: 01EW2104B
Gesamte Fördersumme: 154.315 EUR
Förderzeitraum: 2021 - 2024
Projektleitung: PD Dr. Dirk Jancke
Adresse: Ruhr-Universität Bochum, Institut für Neuroinformatik
Universitätsstr. 150
44801 Bochum

Teilprojekt Bochum

Mehr als 40 Millionen Menschen weltweit sind als blind oder erblindet registriert. Für viele dieser Patienten wäre es eine erhebliche Erhöhung der Lebensqualität, wenn visuelle Fähigkeiten zumindest teilweise hergestellt oder verbessert werden könnten. Der technologische Fortschritt der letzten Jahre hat gezeigt, dass verlorene Sinnesfunktionen in der Tat durch neuartige Implantationstechniken und den Einsatz moderner Elektronik ("Brain machine interfaces") unterstützt werden können. Für Sehprothesen zur visuellen Informationsverarbeitung werden dabei Kameras zur Aufnahme der Umgebung, Computer zur digitalen Verarbeitung der aufgenommenen Bilder sowie Geräte zur Stimulation genutzt. Sehprothesen greifen an verschiedenen anatomischen Stellen in das menschliche Sehsystem ein, wobei klinische Schwerpunkte bislang an der Netzhaut und dem primären visuellen Kortex (V1), als unmittelbarer Eingang visueller Signale in die Sehrinde, ansetzen. Das zentrale Ziel dieses Vorhabens ist es, bei der Entwicklung neuartiger elektrischer Stimulationsparadigmen für visuelle Kortexprothesen natürliche Wahrnehmungen mit niedrigeren Stimulationsströmen zu erzeugen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die experimentellen Daten in computergestützte Modellierung integriert. Dabei werden Stimulationsmuster identifiziert, die geeignete Wahrnehmungen induzieren. Zusätzlich treffen die Modelle Vorhersagen über Kopplungseffekte zwischen elektrischer Stimulation und laufender neuronaler Aktivität in einem Closed-Loop-Szenario.